DE4243893A1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern einer Drosselklappe einer Brennkraftmaschine mit einem Betäti­ gungselement zum Öffnen/Schließen einer Drosselklappe und einer derartigen Sicherheitsfunktion, daß das Betätigungs­ element von der Drosselklappe entkoppelt ist, während die Öffnung der Drosselklappe in einem Normalzustand durch das Betätigungselement gesteuert wird, und das Betätigungsele­ ment in einem abnormalen Zustand von der Drosselklappe entkoppelt ist, wodurch die Steuerung der Öffnung der Drosselklappe von einem Gaspedal durchgeführt werden kann. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Steuern einer Drosselklappe einer Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge.

In letzter Zeit finden elektronisch arbeitende Vorrichtun­ gen zum Steuern von Drosselklappen, die als neue Steue­ rungssysteme für Drosselklappen von Brennkraftmaschinen, z. B. für Kraftfahrzeuge, eingesetzt werden, mehr und mehr Anwendung, anstatt der konventionellen direkten Betätigung der Drosselklappe. In einem solchen Steuerungssystem wird das Öffnen und Schließen der Drosselklappe durch ein Betä­ tigungselement gesteuert, wie z. B. einem Elektromotor, dem ein Betätigungsbetrag des Gaspedals über einen Sensor nach einer Signalverarbeitung als ein elektrisches Signal zuge­ führt wird. Derartige elektronisch arbeitende Vorrichtun­ gen zum Steuern einer Drosselklappe finden Anwendung für unterschiedlichste Arten von Motorsteuerungen, wie z. B. der Anti-Schlupf-Regelung, die die Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs erhöhen, z. B. Motorleistung.

Für elektronisch arbeitende Vorrichtungen zum Steuern einer Drosselklappe sind Maßnahmen zur hinreichenden Si­ cherstellung der Drosselklappenfunktion, sogar bei einer abnormalen Funktion der Steuervorrichtung oder des mit der Steuervorrichtung verwendeten Betätigungselements, d. h. einer Sicherheitsfunktion, unentbehrlich.

Die JP-2-30 933 beschreibt ein Vorgehen zum Erreichen einer derartigen Sicherheitsfunktion derart, daß elektromagneti­ sche Kupplungen für beide Verbindungen der Drosselklappe zum Betätigungselement und zum Gaspedal vorgesehen sind. Die Kupplung auf der Seite des Betätigungselements ist im Normalzustand eingekoppelt, so daß eine elektronische Steuerung der Drosselklappe mit dem Betätigungselement durchgeführt werden kann, d. h. die Drosselklappe wird in einem elektronischen Drosselmodus gefahren. Die Kupplung auf der Seite des Gaspedals ist alternativ eingekoppelt, um eine Direktsteuerung der Drosselklappe mit dem Gaspedal in einem abnormalen Zustand zu ermöglichen, z. B. einer Fehlfunktion des Betätigungssystems.

Damit wird ein Hilfsantriebsmodus für einen abnormalen Zu­ stand angewählt, um die Fahrt des Fahrzeugs zur nächsten Werkstatt zu ermöglichen oder trotz der Abnormalität eine ausreichende Fahrleistung sicherzustellen.

Derartige Techniken der elektronischen Drosselung sind in den US-PS 50 16 589, 50 22 369 und 50 76 231 beschrie­ ben. Diese Steuerarten wurden jedoch entwickelt, ohne das Auftreten eines Zustands zu berücksichtigen, in dem die durch das Betätigungselement vorgesehene Öffnung der Drosselklappe größer ist als die Öffnung, auf die die Drosselklappe durch die Betätigung des Gaspedals gesetzt wird.

Wenn in einem solchen Zustand eine Abnormalität im System des Betätigungselements auftritt, kann die Drosselklappe nicht in eine vollständig geschlossene Stellung zurückge­ führt werden, wenn das Gaspedal vollständig losgelassen wird. Beim Auftreten eines solchen Problems ist die Wirk­ samkeit einer auf diesen Techniken basierenden Sicher­ heitsfunktion ungenügend.

Bei konventionellen Techniken wird die elektromagnetische Kupplung auf der Seite des Betätigungselements beim Auf­ treten einer Abnormalität im System des Betätigungs­ elements entkuppelt, während die elektromagnetische Kupplung auf der Seite des Gaspedals eingekuppelt ist. Dadurch wird ein Hilfsantriebsmodus für einen abnormalen Zustand gebildet. Wenn sich das Drosselsystem jedoch in dem oben beschriebenen Zustand befindet, ist die Öffnung der Drosselklappe größer als die durch die Betätigung des Gaspedals vorgegebene Öffnung. Die direkte Verbindung der Drosselklappe mit dem Gaspedal hat zur Folge, daß die Drosselklappe durch Auslassen des Gaspedals nicht voll­ ständig geschlossen werden kann. Das bedeutet die Mög­ lichkeit einer ernsthaften Betriebsstörung, d. h. einer Selbstbeschleunigung des Fahrzeugs. Dadurch wird keine vollständige Sicherheitsfunktion erreicht.

Außerdem weisen die oben beschriebenen konventionellen Techniken relativ hohe Fertigungskosten auf, da sie zwei Kupplungen benötigen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Steuern einer Drosselklappe einer Brennkraftmaschine zu realisieren, die einen vorteilhaften Aufbau betreffend der Kosten und eine Sicherheitsfunktion durch einen Hilfsan­ trieb für einen abnormalen Zustand aufweist, der über die Betätigung des Gaspedals eingestellt wird, wenn die Abnor­ malität, wie z. B. ein Fehler im Antriebssystem des Betä­ tigungselements, aufgetreten ist, wodurch das Risiko des Auftretens einer ernsthaften Betriebsstörung, wie die Selbstbeschleunigung des Fahrzeugs, sicher vermieden wer­ den kann.

Die Aufgabe kann durch einen elastischen Antriebskraft­ übertragungsmechanismus und/oder einen fluidmechanischen Antriebskraftübertragungsmechanismus gelöst werden, die/der an der Antriebskraftverbindung zwischen einem Teil, das durch die Betätigung des Gaspedals bewegt wird und einem Öffnungs/Schließ-Antriebsteil der Drosselklappe vorgesehen ist, um die Differenz zwischen einer vom Be­ tätigungselement gesteuerten Öffnung der Drosselklappe und der Öffnung, auf die die Drosselklappe durch die Betäti­ gung des Gaspedals eingestellt werden soll, auszugleichen.

Sowohl der elastische Antriebskraftübertragungsmechanismus als auch der fluidmechanische Antriebskraftübertragungsme­ chanismus kann den Einfluß der Betätigungsstellung des Gaspedals dadurch ausschalten, daß eine durch das Betäti­ gungselement hervorgerufene Bewegung der Drosselklappe ausgeglichen und die Drosselklappe durch das Gaspedal ge­ öffnet/geschlossen werden kann, während die Öffnung der Drosselklappe zur durch das Gaspedal gesetzten Öffnung ausgeglichen wird, wenn das Betätigungselement von der Drosselklappe durch die Einrichtung zum Ein-/Entkuppeln der Antriebskraft entkoppelt ist.

Im Falle des Auftretens einer Abnormalität, wie z. B. einem Fehler im Antriebssystem des Betätigungselements, wird die Betätigung der Drosselklappe durch das Gaspedal ermög­ licht, wobei der Hilfsantrieb für einen abnormalen Zustand zur Verfügung gestellt wird, während die Drosselklappe auf die durch die Betätigung des Gaspedals bestimmte Position zurückgesetzt wird durch ein Ausbalancieren von Federn, die den elastischen Antriebskraftübertragungsmechanismus bilden oder durch den fluidmechanischen Antriebskraft­ übertragungsmechanismus. Dabei ist es möglich, das Auf­ treten einer ernsthaften Betriebsstörung, wie z. B. der Selbstbeschleunigung des Fahrzeugs während des Wirkens des Hilfsantriebs für einen abnormalen Zustand zu verhindern und eine vollständige Sicherheitsfunktion und eine ver­ besserte Zuverlässigkeit des Steuerungssystems zu er­ reichen.

Hierbei ist nur eine elektromagnetische Kupplung ausrei­ chend, um die Einrichtung zum Ein-/Entkuppeln der An­ triebskraft zu bilden. Aus diesem Grund weist die Erfin­ dung Kostenvorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung einer Drosselklappe einer Brennkraftmaschine werden im folgenden ausführlich unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilschnittansicht einer Vorrichtung zur Steuerung einer Drosselklappe einer Brennkraftma­ schine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Teils der Vorrichtung zur Steuerung der Drosselklappe, die in Fig. 1 darge­ stellt ist,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Prinzips des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 4 ein Kennlinienschaubild, das den Steuerungsbereich gemäß der Erfindung zeigt,

Fig. 5 ein Kennlinienschaubild des Feder-Antriebskraft­ übertragungsmechanismus des ersten Ausführungsbei­ spiels der Erfindung,

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Aufbaus des zwei­ ten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 7 eine schematische Darstellung des Aufbaus des drit­ ten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 8 eine schematische Darstellung des Aufbaus des vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 9 eine schematische Darstellung des Prinzips der Wirkungsweise eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 10 ein Kennlinienschaubild des Steuerungsbereichs ge­ mäß des fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung und

Fig. 11 ein Kennlinienschaubild der Drosselklappe und des Drosselhebels des fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Drosselklappe 1, die an einer Drossel­ klappenwelle 3, die drehbar aus einer Halterung 2 (Dros­ selkörper) gelagert ist, befestigt ist.

Ein Motor 6 dient als Betätigungselement zur Steuerung der Öffnung der Drosselklappe 1. Eine Steuereinheit 4 ist mit einer Sollöffnung 5 gespeist, die basierend auf verschie­ denen die Betriebsbedingungen des Motors anzeigenden In­ formationen gesetzt wird. Ein Antriebssignal 7 wird dann von der Steuereinheit 4 zum Motor 6 übertragen.

Eine elektromagnetische Kupplung 8 wird durch ein Erreger­ signal 9 der Steuereinheit 4 betätigt und bildet eine Ein­ richtung zum Ein-/Entkuppeln einer Antriebskraft zur Steuerung der Übertragung/Trennung der Antriebskraft zwi­ schen der Drosselklappenwelle 3 und dem Motor 8.

Ein Rotor 8a der elektromagnetischen Kupplung 8 ist an der Drosselklappenwelle 3 angebracht und ein Zahnrad 8b der elektromagnetischen Kupplung 8 zur Leistungsaufnahme ist so angebracht, daß es relativ zur Bewegung der Drossel­ klappenwelle 3 drehbar ist. Die Antriebskraft wird vom Motor 6 auf die elektromagnetische Kupplung 8 über ein in das Zahnrad 8b greifendes Untersetzungsgetriebe 10 über­ tragen.

Ein Feder-Antriebskraftübertragungsmechanismus 11 wird durch einen Steuerhebel 11a, der an der Drosselklappenwel­ le 3 angebracht ist, einen Drosselhebel 11b, der mit dem Gaspedal 14 durch einen Gaszug 15 verbunden ist und durch zwei Federn (lost motion) 11c und 11d gebildet. Der Dros­ selhebel 11d und der Steuerhebel 11a sind miteinander durch die Federn 11c und 11d verbunden.

Eine Rückstellfeder 12 ist am Drosselhebel 11b vorgesehen. Die Drosselklappe 1 wird dabei in die geschlossene Posi­ tion gedrückt.

Ein Drosselklappenstellungssensor 18 dient zur Erfassung der Ist-Öffnung der Drosselklappe 1. Ein Gaspedalstel­ lungssensor 19 dient zur Erfassung der Stellung des Dros­ selhebels 11b.

Eine Einstellstange 20 ist an der Drosselklappenwelle 3 angebracht und dient, durch Ineingriffbringen mit dem Anschlag 16 bei vollständiger Öffnung und mit dem Anschlag 17 bei vollständig geschlossenem Zustand, als Begrenzung des Drehbereichs der Drosselklappe 1. Der Anschlag 16 bei vollständiger Öffnung ist in Fig. 1 nicht gezeigt.

Die Federaufnehmer 21 und 22 können aus einem harzartigen Material mit geringem Reibungswert gebildet sein, um den Gleitwiderstand der Federn 11c und 11d, die auf den Feder­ aufnehmern 21 und 22 angebracht sind, zu reduzieren.

Eine Welle 23 des Gaspedalstellungssensors 19 ist drehbar in einem Meßfühlergehäuse 25 untergebracht und wird von demselben gehalten. Ein Hebel 24 ist an der Welle 23 ange­ bracht. Der Hebel 24 steht mit dem Drosselhebel 11b durch den Verbindungsbolzen 24a in Eingriff und folgt daher der Drehbewegung des Drosselhebels 11b bis zum Gaspedalstel­ lungssensor 19. Ein Spiel im die Drehung übertragenden System wird durch eine Rückstellfeder mit einer verhält­ nismäßig geringen Kraft, die auf der Welle 23 vorgesehen ist, vermieden.

Ein Spannungsausgangssignal 26 des Drosselklappenstel­ lungssensors 18 ist ein Eingangssignal für die Steuerein­ heit 4, wobei das durch den Vergleich des Wertes des Span­ nungsausgangssignals 26, das die aktuelle Öffnung der Drosselklappe 1 darstellt und der Sollöffnung ermittelte Antriebssignal 7 von der Steuereinheit 4 zum Motor 6 übertragen wird, wodurch eine Regelung der Drosselklappe 1 erreicht wird.

Wenn die Steuerung durch den Motor 6 gestoppt ist, besteht ein gewisses Verhältnis zwischen dem Spannungsausgangs­ signal 26 des Drosselklappenstellungssensors 18 und dem Spannungsausgangssignal 27 des Gaspedalstellungssensors 19. Diese Signale bilden Eingangssignale für die Steuer­ einheit 4, die durch einen Vergleich ermittelt, ob eine normale Funktion vorliegt, wodurch eine fehlersichere Steuerung ermöglicht wird.

Die hier beschriebene fehlersichere Steuerungslogik ist jedoch lediglich ein Beispiel und wird nicht ausschließ­ lich benutzt.

Fig. 2 ist eine Darstellung des Feder-Antriebskraftüber­ tragungsmechanismus 11 in Richtung des Pfeils P aus Fig. 1. Die Drosselklappe 1 und der Steuerhebel 11a sind an der Drosselklappenwelle 3 angebracht und drehen sich daher zusammen mit der Drosselklappe 1.

Andererseits ist der Drosselhebel 11b drehbar auf der Drosselklappenwelle 3 gelagert und die Federn 11c und 11d sind so auf den Federaufnehmern 21 und 22 montiert, daß sie Druckkräfte in gegensätzliche Richtungen bewirken. Demgemäß sind die Federn 11c und 11d so angeordnet, daß sie eine durch den Drosselhebel 11b bewirkte Verschiebung in gegensätzliche Richtungen aufweisen und vorgespannt sind.

Der Gaszug 15 wird durch einen Kabelführungskanal 15a des Drosselhebels 11b geführt und ist durch ein rund ausgebil­ detes Klemmende 11e mit dem Drosselhebel 11b verbunden. Mit dem Gaszug 15 kann die Drosselklappe 1 in Richtung des Pfeils R_A gegen die Druckkraft der Rückstellfeder 12 durch die Betätigung des Gaspedals 14 gedreht werden.

Die Betriebsweise des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Aus­ führungsbeispiels wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert.

Zur Vereinfachung sind die Drehbewegungen in Fig. 3 durch geradlinige Bewegungen nach links oder rechts dargestellt, wobei den in Fig. 1 gezeigten Bauteilen identische oder korrespondierende Bauteile durch gleiche Bezugsziffern gekennzeichnet sind.

Wenn der Fahrer den Zündschalter (nicht gezeigt) einschal­ tet, wird das Ausgangssignal 9 zur elektromagnetischen Kupplung 8 übertragen (gleichzeitig), wodurch die elektro­ magnetische Kupplung 8 in einen Ein-Zustand gesetzt wird, d. h. in einen Bereit-Zustand während einer normalen Steuerung, und das Antriebssignal 7 wird von der Steuer­ einheit 4 zum Motor 6 übertragen, wodurch das Öffnen/Schließen der Drosselklappe 1 gesteuert wird.

Zu diesem Zeitpunkt wird der Steuerhebel 11a, der an der Drosselklappenwelle 3 angebracht ist, zusammen mit der Drosselklappe 1 durch die Drehung des Motors 6 bewegt (gedreht), wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 3 angedeutet. Die relative Verschiebung des Drosselhebels 11b, verursacht durch die Bewegung (Drehung) des Steuer­ hebels 11a, wird durch die Dehnung/Verkürzung der Federn 11c und 11d absorbiert (aufgenommen) (durch Aufwickeln einer der Federn und Abwickeln der anderen, Fig. 1). Folglich kann die Öffnungs/Schließ-Steuerung der Dros­ selklappe 1 durch den Motor 6 unabhängig von der durch das Drücken des Gaspedals 14 bewirkten Position des Drossel­ hebels 11b sein, und die Drosselklappe 1 kann in einem elektronischen Drosselklappenmodus betätigt werden.

Unter der Annahme, daß aus irgendeinem Grund eine Abnor­ malität, wie z. B. ein Fehler im Steuersystem des Motors, aufgetreten ist, wird zuerst die Erregung der elektro­ magnetischen Kupplung 8 durch eine Abnormalitäts-Diagno­ se-Funktion der Steuereinheit 4 gestoppt und in einem Aus-Zustand gehalten.

Die Drosselklappenwelle 3 wird dabei frei von dem Motor 6 getrennt.

Wenn zu diesem Zeitpunkt eine relative Verschiebung zwi­ schen dem Drosselhebel 11b und dem Steuerhebel 11a zurück­ geblieben ist, weisen die Federn 11c und 11d unterschied­ liche Druckkräfte auf und der Steuerhebel 11a wird durch die Federn 11c und 11d zu einer Position bewegt (gedreht), an der die Differenz zwischen diesen Druckkräften Null ist, d. h. an der die relative Verschiebung Null ist. Die Drosselklappe wird dabei so bewegt (gedreht), daß sie eine Öffnung gemäß der Betätigungsstellung des Gaspedals auf­ weist.

Durch diese Bewegung kann die Drosselklappenwelle 3 in einem Zustand eingestellt werden, in dem sie nur mit dem Gaspedal 14 durch den Steuerhebel 11a, die Federn 11c und 11d und den Drosselhebel 11b verbunden ist, wodurch die Drosselklappe 1 durch das Gaspedal 14 bewegt werden kann.

Danach kann der Drosselhebel 11b gegen die Rückstellkräfte der Rückstellfedern 12 und 13 durch ein Niederdrücken des Gaspedals 14 gedreht werden. Mit dieser Bewegung (Drehung) des Drosselhebels 11b erhält der Steuerhebel 11a eine derartige Kraft, daß die Kräfte auf die Federn 11c und 11d ausgeglichen sind.

Der Steuerhebel 11a folgt deshalb dem Drosselhebel 11b, um sich in Phase mit demselben zu bewegen (drehen), wodurch eine Öffnungssteuerung der Drosselklappe 1 ermöglicht und eine Hilfsantriebs-Funktion für den abnormalen Betrieb erreicht wird.

Fig. 4 zeigt einen Steuerbereich des Ausführungsbeispiels. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, kann die Drosselklappe 1 mit dem Motor 6 im gesamten Öffnungsbereich gesteuert werden. Es ist ebenfalls ersichtlich, daß der mögliche Steuerbe­ reich während der Hilfsantriebsfunktion gleich dem des konventionellen Zustands ist und eine Steuerung in Verbin­ dung mit der Betätigung des Gaspedals bewirkt werden kann.

Auf diese Art wird der Motor 6 gemäß diesem Ausführungs­ beispiel bei dem Auftreten einer Abnormalität von der Drosselklappenwelle 3 entkoppelt und es wird automatisch in eine Drosselklappenbetätigung über das Gaspedal 14 ge­ wechselt. Dabei wird die Öffnung automatisch entsprechend der Betätigungsstellung des Gaspedals 14 eingestellt, was die Hilfsantriebsfunktion für den abnormalen Betrieb dar­ stellt. Da die Drosselklappe nun auf die Betätigungsstel­ lung des Gaspedals zurückgesetzt wird, kann das Auftreten einer ernsthaften Betriebsstörung, wie z. B. dem Selbstbe­ schleunigen des Fahrzeugs, während der Hilfsantriebs­ funktion verhindert werden. Auf diese Art wird eine voll­ ständige Sicherheitsfunktion erzielt und die Zuverlässig­ keit des Steuersystems wird verbessert.

Fig. 5 ist ein Kennlinienschaubild des Feder-Antriebs­ kraftübertragungsmechanismus 11 gemäß dieser Ausführungs­ form bezüglich der Steuerung mit dem Motor 6 und der Steuerung basierend auf der Betätigung des Gaspedals 14. In der Fig. 5 zeigt die Abszisse die Öffnung der Drossel­ klappe TV0 und die Ordinate das ausgeübte Drehmoment T der Federn 11c und 11d.

Der Punkt 0 in der Fig. 5 gibt einen neutralen (anfängli­ chen) Zustand an. Es wird angenommen, daß am Punkt 0 die Drosselklappenöffnung TV0 einen Betrag entsprechend der Betätigungsstellung des Gaspedals aufweist.

Wenn die Drosselklappe 1 durch den Motor 6 gesteuert auf einen Winkel von R_M Grad in Richtung zur Öffnungsgrenze eingestellt wird, wird die Feder 11c zuerst in eine dieselbe aufwickelnde Winkelrichtung verdreht, während die andere Feder 11d in die entgegengesetzte dieselbe ab­ wickelnde Winkelrichtung verdreht wird. Demgemäß stellt die in Fig. 5 gezeigte Kennlinie 0-A′′ ein entsprechendes für die Feder 11c charakteristisches ausgeübtes Drehmoment T dar und die Kennlinie 0-B′′ zeigt das für die Feder 11d charakteristische nötige ausgeübte Drehmoment T. Der abso­ lute Wert von A-B′′ gibt das notwendige durch den Motor 6 erzeugte Drehmoment an.

Diese Beschreibung der Steuerung der Drosselklappe 1 in Öffnungsrichtung gilt auch für die Steuerung in Verschluß­ richtung.

Im folgenden wird die Hilfsantriebsfunktion für den abnor­ malen Betrieb des Feder-Antriebskraftübertragungsmecha­ nismus 11 ausgehend von dem Punkt 0 in Fig. 5 beschrieben.

Wenn der Drosselhebel 11b in Öffnungsrichtung um einen Winkel von R_A Grad durch die Betätigung des Gaspedals 14 gedreht wird, bewegen sich die Federn 11c und 11d relativ zueinander in eine derartige Richtung, daß das ausgeübte Drehmoment ausgeglichen wird. Der Steuerhebel 11a wird mit der Drehung des Drosselhebels 11b in dieselbe Richtung ge­ dreht, wie durch eine Verschiebung vom Punkt 0 zum Punkt 0′ in der Fig. 5 dargestellt, und die Drosselklappe dreht sich in Öffnungsrichtung um denselben Winkel von R_A Grad. Auf diese Art kann beim Auftreten einer Abnormalität im Steuersystem einschließlich des Motors 6 ein Hilfsan­ triebs-Mechanismus zuverlässig realisiert werden.

Wenn keine Kupplung oder ähnliches auf der Seite des Gas­ pedals 14 vorgesehen ist, tritt gewöhnlich bei der Steuerung der Drosselklappe durch ein Betätigungselement, wie dem Motor 6, ein Rückschlagphänomen des Gaspedals 14 auf.

In diesem Ausführungsbeispiel werden jedoch zwei Federn 11c und 11d als Leerlauffedern (lost motion) verwendet. Sie sind derart montiert, daß sie Drehmomente in entgegen­ gesetzte Richtungen aufbringen. Darum sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Drehmomentskonstanten der Federn 11c und 11d auf gleiche Werte eingestellt, um das zusam­ mengesetzte Drehmoment niedrig zu halten. Dadurch wird die Kennlinie 0-C, gezeigt in der Fig. 5, erhalten. Dadurch ist es möglich, das Rückschlagphänomen zu verhindern.

Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die schematische Dar­ stellung der Fig. 6, ähnlich Fig. 3, beschrieben.

Im zweiten Ausführungsbeispiel, schematisch dargestellt in Fig. 6, ist ebenfalls ein Feder-Antriebskraftübertragungs­ mechanismus mit einer Leerlauffeder (lost motion) aufge­ baut, wie schematisch in Fig. 3 dargestellt. Jedoch unter­ scheidet sich das zweite Ausführungsbeispiel vom ersten Ausführungsbeispiel derart, daß nur eine Feder 11d einen Feder-Antriebskraftübertragungsmechanismus bildet.

Diese Feder 11d ist derart angeordnet, daß eine Verschie­ bung in Plusrichtung (nach rechts gerichtet) oder in Minusrichtung (nach links gerichtet), ausgehend von einer neutralen Position, wie in Fig. 6 dargestellt, möglich ist, d. h. aus einem Zustand, in dem keine Spannung erzeugt wird. Bei dieser Anordnung wird, wenn der Steuerhebel 11a zusammenhängend mit der Drosselklappe 1 durch die Drehung des Motors 6, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 6 angedeutet, bewegt (gedreht) wird, die dadurch verursachte Verschiebung des Steuerhebels 11a relativ zum Drosselhebel 11b durch die Dehnung/Kontraktion der Feder 11d, wie im Fall des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels, absor­ biert. Folglich ist die Steuerung zum Öffnen/Schließen der Drosselklappe durch den Motor 6 unabhängig von der Betäti­ gungsstellung des Drosselhebels 11b, die durch das Maß der Betätigung des Gaspedals 14 bestimmt wird. Dadurch kann die Drosselklappe in einem elektronischen Drosselklappen­ modus betrieben werden.

Andererseits ist die Antriebsfunktion im Falle einer Ab­ normalität, wie z. B. einem Fehler im Antriebssystem des Motors bezüglich des Hilfsantriebs-Mechanismus für den abnormalen Betrieb mit der in der Fig. 3 gezeigten sche­ matischen Anordnung identisch, so daß die Beschreibung derselben nicht wiederholt wird.

Das dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach­ folgend in Bezug auf die schematische Darstellung in Fig. 7 beschrieben.

Dieses Ausführungsbeispiel ist derart ausgebildet, daß ein fluidmechanischer Antriebskraftübertragungsmechanismus 30 anstatt des elastischen Antriebskraftübertragungsmechanis­ mus der in den Fig. 1 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiele vorgesehen ist, wie in Fig. 7 gezeigt. Der fluidmechani­ sche Antriebskraftübertragungsmechanismus 30 enthält einen Hydraulikzylinder 30a, ein elektromagnetisches Ventil 30b und einen Fluidvorratsbehälter 30c. Das Öffnen/Schließen des elektromagnetischen Ventils 30b wird durch ein An­ triebssignal 30d der Steuereinheit 4 gesteuert.

Der Hydraulikzylinder 30a ist zur Verbindung des Steuer­ hebels 11a und des Drosselhebels 11b vorgesehen. Eine Kammer, die zwischen einer Zylinderbohrung und einem Kolben des Hydraulikzylinders 30a vorgesehen ist, wird mit einem Betätigungsfluid gefüllt, das mit dem Fluid im Fluidvorratsbehälter 30c über das elektromagnetische Ven­ til 30b in Verbindung steht.

Wenn das elektromagnetische Ventil 30b geöffnet ist, kann demgemäß das Fluid frei in und aus dem Hydraulikzylinder strömen, wodurch der Kolben bezüglich des Zylinders frei beweglich ist, wodurch eine relativ zum Drosselhebel freie Steuerung des Steuerhebels ermöglicht wird.

Wenn das elektromagnetische Ventil 30b geschlossen ist, ist der Eintritt/Austritt des Fluids in/aus dem Hydraulik­ zylinder 30a gehemmt und die Position des Kolbens ist da­ bei relativ zum Zylinder festgelegt, wodurch der Steuerhe­ bel 11a mit dem Drosselhebel 11b verbunden ist.

In diesem Ausführungsbeispiel sind ebenfalls ein Drossel­ klappenstellungssensor 18 und ein Gaspedalstellungssensor 19 vorgesehen, wie in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungs­ beispiel. Die Spannungsausgangssignale 26 und 27 dieser Sensoren sind Eingangssignale für die Steuereinheit 4.

Die Funktionsweise des in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbei­ spiels wird im folgenden beschrieben.

Im elektronischen Drosselklappenbetätigungsmodus der Steuerung des Öffnens/Schließens durch den Motor 6 steuert die Steuereinheit 4 das elektromagnetische Ventil 30b durch das Antriebssignal 30d derart, daß das elektromagne­ tische Ventil 30b geöffnet ist. Der Steuerhebel 11a wird dadurch vom Drosselhebel 11b gelöst, wodurch die Betäti­ gung im elektronischen Drosselklappenmodus mit hoher Zu­ verlässigkeit ermöglicht wird.

Im Falle des Auftretens einer Abnormalität prüft die Steuereinheit 4 das Spannungsausgangssignal 26 des Dros­ selklappenstellungssensors 18 und das Spannungsausgangs­ signal 27 des Gaspedalstellungssensors 19. Sie trennt die elektromagnetische Kupplung 8 und schließt parallel dazu das elektromagnetische Ventil 30b, wenn die Öffnung der Drosselklappe 1 mit der Öffnung gemäß der Betätigungsstel­ lung des Gaspedals zusammenfällt. Die Steuerung der Dros­ selklappe 1 wird dabei von dem den Motor 6 verwendenden Modus in den das Gaspedal 14 benutzenden Modus überführt. Dabei wird die korrekte Funktionsweise im Hilfsantriebs­ modus für den abnormalen Betrieb erreicht.

Fig. 8 ist eine schematische Darstellung des vierten Aus­ führungsbeispiels der Erfindung. Dieses Ausführungsbei­ spiel ist so ausgeführt, daß der Hydraulikzylinder 30a, in dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen Pneumatikzylinder 30e ersetzt wird und entsprechend wird der Fluidvorratsbehälter entfernt. Daher sind die anderen Bestandteile und die Funktionsweise dieses Ausführungs­ beispiels gleich denen des Ausführungsbeispiels in Fig. 6. Eine Beschreibung derselben wird daher nicht wiederholt.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 8 werden kein Fluid und kein Fluidvorratsbehälter benötigt, wodurch der Preis der Vorrichtung im Vergleich zum Ausführungsbeispiel in Fig. 7 reduziert werden kann.

Fig. 9 zeigt das fünfte Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wenn der Fahrer einen Schlüsselschalter (nicht gezeigt) einschaltet, wird das Erregersignal 9 zur elektromagneti­ schen Kupplung 8 übertragen (gleichzeitig), wodurch die elektromagnetische Kupplung 8 in einen Ein-Zustand gesetzt wird, d. h. in einen Bereit-Zustand unter normaler Steuerung, und das Antriebssignal 7 wird von der Steuer­ einheit 4 zum Motor 6 übertragen, wodurch das Öffnen/Schließen der Drosselklappe 1 gesteuert wird.

Zu diesem Zeitpunkt wird der an der Drosselklappenwelle 3 angebrachte Steuerhebel 11a, zusammen mit der Drosselklap­ pe 1 durch die Drehung des Motors 6 bewegt (gedreht), wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 9 angedeutet. Die re­ lative Verschiebung des Drosselhebels 11b, verursacht durch die Bewegung (Drehung) des Steuerhebels 11a, wird durch die Dehnung von einer der Federn und der Kontraktion der anderen Feder (durch Aufwickeln einer der Federn und Abwickeln der anderen in Fig. 1) absorbiert. Folglich ist die Öffnungs/Schließ-Steuerung der Drosselklappe 1 durch den Motor 6 unabhängig von der betätigten Stellung des Drosselhebels 11b, die durch das Ausmaß des Drückens des Gaspedals 14 bestimmt wird, möglich und die Drosselklappe 1 kann in einem elektronischen Drosselklappenmodus betrie­ ben werden.

Es wird jetzt angenommen, daß eine Abnormalität, wie z. B. ein Fehler im Steuersystem des Motors aus irgendeinem Grund während der Betätigung aufgetreten ist.

Dann wird die Erregung der elektromagnetischen Kupplung 8 durch die Betätigung einer Abnormalitäts-Diagnose-Funktion der Steuereinheit 4 gestoppt und in einem Aus-Zustand ge­ halten.

Die Drosselklappenwelle 3 wird dabei frei von dem Motor 6 entkuppelt.

Wenn zu diesem Zeitpunkt eine relative Verschiebung zwi­ schen dem Drosselhebel 11b und dem Steuerhebel 11a verblieben sein sollte, besteht ein Unterschied zwischen den Druckkräften der Federn (lost motion) 11c und 11d. Der Steuerhebel 11a wird durch Betätigung der Federn 11c und 11d zu einer Stellung bewegt (gedreht), an der die Differenz der Druckkräfte Null ist, d. h. an der die rela­ tive Verschiebung Null ist. Die Drosselklappe 1 wird dabei so bewegt (gedreht), daß sie eine Öffnung gemäß der Betä­ tigungsstellung des Gaspedals 14 aufweist.

Als Ergebnis dieser Bewegung wird die Drosselklappenwelle 3 in einen Zustand gesetzt, in dem sie nur mit dem Gaspe­ dal 14, durch den Steuerhebel 11a, die Federn 11c und 11d und den Drosselhebel 11b verbunden ist, wodurch der Betä­ tigungsvorgang der Drosselklappe durch das Gaspedal 14 vorbereitet wird.

Danach kann der Drosselhebel 11b gegen die wieder ein­ setzenden Rückstellkräfte der Rückstellfedern 12 und 13 durch Niederdrücken des Gaspedals 14 gedreht werden. Mit dieser Bewegung (Drehung) des Drosselhebels 11b erhält der Steuerhebel 11a eine derartige Kraft, daß die Kraft auf die Federn 11c und 11d ausgeglichen ist. Der Steuerhebel 11a folgt deshalb dem Drosselhebel 11b, um sich in Phase mit demselben zu bewegen (drehen), wodurch eine Öffnungs­ steuerung der Drosselklappe 1 ermöglicht und eine Hilfs­ antriebsfunktion für einen abnormalen Betrieb erreicht wird.

Bezugnehmend auf Fig. 9 stellt die Stellung des Drossel­ hebels 11b, angedeutet durch die Strichpunktlinie X-X′, eine Stellung entsprechend dem vollständig geschlossenen Zustand der Drosselklappe 1 dar, d. h. eine Leerlauföff­ nung, während die Kräfte der Federn 11c und 11d ausgegli­ chen sind, d. h. sich in der Neutralstellung befinden.

Andererseits wird in der Anordnung dieses Ausführungsbei­ spiels die durch den Anschlag 17 bestimmte vollständig geschlossene Stellung des Drosselhebels 11b, wenn das Gaspedal 14 zurückgenommen wird, von der durch die Strichpunktlinie X-X′ angedeuteten Position um einen vorbestimmten Winkel α in Rückstellrichtung verschoben.

In diesem Ausführungsbeispiel passiert daher der Drossel­ hebel 11b, wenn das Gaspedal 14 an die Stellung, an der die Betätigung Null ist, zurückgenommen wird, die Stel­ lung, die mit der vollständig geschlossenen Öffnung (Leerlauföffnung) übereinstimmt und kehrt zur vollständig geschlossenen Position, bestimmt durch den Anschlag 17, zurück. Die Federn 11c und 11d werden dabei von der neutralen Stellung um einen mit dem Winkel α übereinstim­ menden Betrag verschoben, um eine Rückfederkraft entspre­ chend der Verschiebung zu bewirken. Der Drosselhebel 11b wird dabei so angedrückt, daß die Drosselklappe in der vollständig geschlossenen Stellung gehalten wird. Dadurch wird verhindert, daß die Drosselklappe 1 versehentlich, z. B. durch einen negativen Motoransaugdruck, geöffnet wird. Das Risiko einer ernsthaften Betriebsstörung, wie z. B. das Selbstbeschleunigen des Fahrzeugs während des Hilfsantriebs für den abnormalen Betrieb, kann dadurch reduziert werden. Dadurch wird eine vollständige Sicher­ heitsfunktion und eine verbesserte Zuverlässigkeit des Steuersystems erreicht.

Fig. 10 zeigt einen Steuerbereich dieses Ausführungsbei­ spiels. Wie aus Fig. 10 ersichtlich, kann die Drosselklap­ pe 1 durch den Motor 6 im gesamten Öffnungsbereich ge­ steuert werden. Ebenso ist der mögliche Steuerbereich im Hilfsantriebsmodus gleich dem konventionellen Steuerbe­ reich, wobei eine Steuerung in Verbindung mit einer Be­ tätigung des Gaspedals im Bereich von Drosselhebelwinkeln gleich oder größer als der Winkel α durchgeführt werden kann.

Als nächstes wird das Verhältnis zwischen der Bewegung der Drosselklappe 1 und der Bewegung des Gashebels 11b während des Hilfsantriebs für den abnormalen Betrieb bezüglich Fig. 11 beschrieben.

In diesem Ausführungsbeispiel ist, wie aus Fig. 11 er­ sichtlich, ein unsensibler Bereich im Bewegungsbereich des Steuerhebels 11a vorgesehen, d. h. bezüglich der Öffnung der Drosselklappe 1 in einem Anfangsstadium der Betätigung des Gaspedals oder in anderen Worten bei Drehwinkeln des Gashebels 11b gleich oder kleiner α.

Dieser unsensible Bereich wird durch Anlegen einer Fest­ haltekraft an die Drosselklappe 1 bei vollständig ge­ schlossener Öffnung erreicht. Dadurch wird das Risiko einer ernsthaften Betriebsstörung, wie z. B. das Selbst- Beschleunigen des Fahrzeugs reduziert und eine vollstän­ dige Sicherheitsfunktion und eine verbesserte Zuverlässig­ keit des Steuersystems kann erreicht werden.

Ebenso kann der Fahrer einen Wechsel zum Hilfsantrieb für den abnormalen Betrieb durch das Auftreten dieses unsen­ siblen Bereichs bei der Betätigung des Gaspedals fühlen.

Dadurch wird in diesem Ausführungsbeispiel beim Auftreten einer Abnormalität der Motor 6 von der Drosselklappenwelle 3 entkuppelt, wodurch automatisch die Drosselklappenbe­ tätigung in den Modus der Öffnungssteuerung geändert wird, der das Gaspedal 14 zum Ändern der Öffnung der Dros­ selklappe 1, durch Betätigung des Gaspedals 14, verwendet. Dabei wird automatisch die Öffnung in Abhängigkeit zur Betätigungsstellung des Gaspedals 14 gesetzt, was die Hilfsantriebsfunktion für den abnormalen Betrieb dar­ stellt. Da die Drosselklappe 1 durch eine vorbestimmte Rückfederkraft in einer vollständig geschlossenen Stellung gehalten wird, kann das Auftreten einer ernsthaften Be­ triebsstörung wie z. B. das Selbstbeschleunigen des Fahr­ zeugs während des Hilfsantriebs bei einem vollständig zu­ rückgenommenen Gaspedal verhindert werden, wodurch eine vollständige Sicherheitsfunktion und eine verbesserte Zu­ verlässigkeit des Steuersystems erreicht wird.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Steuern einer Drosselklappe für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, die einen Konstruktionsvorteil bezüglich der Kosten aufweist und einen Hilfsantrieb für einen abnormalen Zustand durch eine durch die Betätigung des Gaspedals bewirkte Sicher­ heitsfunktion ermöglicht. Dies geschieht im Falle einer Abnormalität, wie z. B. das Auftreten eines Fehlers im Antriebssystem des Betätigungselements. Das Risiko des Auftretens einer ernsthaften Betriebsstörung, wie z. B. das Selbstbeschleunigen des Fahrzeugs wird dabei vermieden und es kann eine vollständige Sicherheitsfunktion und eine verbesserte Zuverlässigkeit des Steuersystems erzielt werden.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Steuern einer Drosselklappe (1) einer Brennkraftmaschine, mit

• - einem Betätigungselement (6) zum Öffnen und Schließen der Drosselklappe (1),
• - einer Einrichtung (8) zum Ein-/Entkuppeln einer An­ triebskraft zwischen einem Öffnungs/Schließ-Antriebs­ teil (3) der Drosselklappe (1) und einem Antriebs­ kraft-Ausgabeteil (10) des Betätigungselements (6),
• - der Drosselklappe (1), die durch Betätigung eines Gaspedals (14) geöffnet und geschlossen werden kann, wenn das Betätigungselement (6) von dem Öffnungs/ Schließ-Antriebsteil (3) der Drosselklappe (1) ent­ koppelt ist,
• - einer elastischen Antriebskraftübertragungseinrich­ tung (11), die an der Antriebskraftverbindung zwischen einem mit der Betätigung des Gaspedals (14) bewegten Teil (11b) und dem Öffnungs/Schließ-An­ triebsteil (3) der Drosselklappe (1) vorgesehen ist, wobei eine Differenz zwischen einer von dem Betäti­ gungselement (6) gesteuerten Öffnung der Drossel­ klappe (1) und einer anderen Öffnung, auf die die Drosselklappe (1) durch die Betätigung des Gaspedals (14) gesetzt werden soll, von der elastischen An­ triebskraftübertragungseinrichtung (11) absorbiert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Antriebskraftübertragungseinrichtung (11) einen Feder-Antriebskraftübertragungsmechanismus enthält mit zwei Federn (11c, 11d), die derart ange­ ordnet sind, daß sie in entgegengesetzte Richtungen versetzt werden, wobei jede eine Vorspannung aufweist und der Öffnungsunterschied durch die Bewegungen der Federn (11c, 11d) in entgegengesetzte Richtungen absor­ biert wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Antriebskraftübertragungseinrichtung (11) eine Feder aufweist, die ausgehend von einem neutralen Zustand sowohl in einer Plus- als auch in einer Minusrichtung bewegt werden kann, wobei der Öffnungsunterschied durch die Bewegung der Feder ab­ sorbiert wird.

4. Vorrichtung zum Steuern einer Drosselklappe (1) für eine Brennkraftmaschine mit

• - einem Betätigungselement (6) zum Öffnen und Schließen der Drosselklappe (1),
• - einer Einrichtung (8) zum Ein-/Entkuppeln einer An­ triebskraft zwischen einem Öffnungs/Schließ-An­ triebsteil (3) der Drosselklappe (1) und einem An­ triebskraftausgabeteil (10) des Betätigungselements (6),
• - der Drosselklappe (1), die durch Betätigung eines Gaspedals (14) geöffnet und geschlossen werden kann, wenn das Betätigungselement (6) von dem Öffnungs/Schließ- Antriebsteil (3) der Drosselklappe (1) ent­ koppelt ist,
• - einer fluidmechanischen Antriebskraftübertragungsein­ richtung (30), die an der Antriebskraftverbindung zwischen einem mit der Betätigung des Gaspedals (14) bewegten Teil (11b) und dem Öffnungs/Schließ- Antriebsteil (3) der Drosselklappe (1) vorgesehen ist, wobei eine Differenz zwischen einer von dem Betätigungselement (6) gesteuerten Öffnung der Dros­ selklappe (1) und einer anderen Öffnung, auf die die Drosselklappe (1) durch die Betätigung des Gaspedals (14) gesetzt werden soll, von der fluidmechanischen Antriebskraftübertragungseinrichtung (30) absorbiert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die fluidmechanische Antriebskraftübertragungsein­ richtung (30) einen Antriebskraftübertragungsmechanis­ mus enthält, mit einem Fluidzylinder (30e) und einem elektromagnetischen Ventil (30b) in einem Verbindungs­ kanal zwischen dem Fluidzylinder (30e) und dessen Außenseite, wobei der Öffnungsunterschied durch die Bewegung zwischen dem Fluidzylinder (30e) und einem Kolben absorbiert wird, wenn das elektromagnetische Ventil (30b) geöffnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (8) zum Ein-/Entkuppeln einer Antriebs­ kraft einen elektromagnetisch wirkenden Kupplungsmecha­ nismus enthält.

7. Vorrichtung zum Steuern einer Drosselklappe (1) für eine Brennkraftmaschine mit

• - einem Betätigungselement (6) zum Steuern der Öffnungs/Schließstellungen der Drosselklappe (1),
• - einer Einrichtung (8) zum Ein-/Entkuppeln einer An­ triebskraft zwischen einem Öffnungs/Schließ-Antriebs­ teil (3) der Drosselklappe (1) und einem Antriebs­ kraft-Ausgabeteil (10) des Betätigungselements (6),
• - einem elastischen Antriebskraftübertragungsmechanis­ mus (11) zur Verbindung eines mit der Betätigung eines Gaspedals (14) bewegten Teils (11b) und dem Öffnungs/Schließ-Antriebsteil (3) der Drosselklappe (1), wobei der elastische Antriebskraftübertragungs­ mechanismus (11) eine Differenz zwischen einer durch das Betätigungselement (6) gesteuerten Öffnung der Drosselklappe (1) und einer anderen Öffnung absor­ biert, auf die die Drosselklappe (1) durch die Betä­ tigung des Gaspedals (14) eingestellt werden soll, und
• - der Drosselklappe (1), die durch Betätigung des Gas­ pedals (14) geöffnet und geschlossen werden kann, wenn das Betätigungselement (6) von dem Öffnungs/Schließ- Antriebsteil (3) der Drosselklappe (1) durch die Einrichtung (8) zum Ein-/Entkuppeln einer An­ triebskraft entkoppelt ist, wobei eine vollständig geschlossene Stellung der Drosselklappe (1), bestimmt durch das Öffnungs/Schließ-Antriebsteil (3) der Drosselklappe (1), so eingestellt ist, daß nicht die maximale Rückstellposition des Teils (11b), das durch die Betätigung des Gaspedals (14) bewegt wird, er­ reicht wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Antriebskraftübertragungseinrichtung (11) einen Feder-Antriebskraftübertragungsmechanismus enthält mit zwei Federn (11c, 11d), die derart ange­ ordnet sind, daß sie in entgegengesetzte Richtungen versetzt werden, wobei jede eine Vorspannung aufweist und der Öffnungsunterschied durch die Bewegungen der Federn (11c, 11d) in entgegengesetzte Richtungen ab­ sorbiert wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (8) zum Ein-/Entkuppeln einer An­ triebskraft einen elektromagnetisch wirkenden Kupp­ lungsmechanismus enthält.